KR20080084234A - 무연 유리 조성물 및 이를 이용하여 제조된 플라즈마디스플레이 패널 - Google Patents

무연 유리 조성물 및 이를 이용하여 제조된 플라즈마디스플레이 패널 Download PDF

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KR20080084234A
KR20080084234A KR1020070025635A KR20070025635A KR20080084234A KR 20080084234 A KR20080084234 A KR 20080084234A KR 1020070025635 A KR1020070025635 A KR 1020070025635A KR 20070025635 A KR20070025635 A KR 20070025635A KR 20080084234 A KR20080084234 A KR 20080084234A
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최귀석
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김현욱
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 MoO3 5 내지 20 몰%, B2O3 25 내지 50 몰%, ZnO 20 내지 45 몰%, 및 Sb2O3 5 내지 15 몰%를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물, 상기 조성물을 이용하여 제조된 PDP의 유전체와 격벽, 및 상기 유전체 및 격벽을 채용한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다. 본 발명에 의하면, 환경 규제 물질인 PbO를 사용하지 않고 친환경적인 PDP용 유전체 및 격벽을 제공함으로써 종래의 PDP용 투명 유전체 및 격벽 유리보다 저온에서 소성할 수 있고, 열적 특성이 소다라임(soda-lime) 유리와 유사하여 제조 비용면에서도 매우 유리하다.
유리 조성물, 투명 유전체, 격벽, 플라즈마 디스플레이 패널

Description

무연 유리 조성물 및 이를 이용하여 제조된 플라즈마 디스플레이 패널{Lead free glass composition and plasma display panel prepared from the same}
도 1은 플라즈마 디스플레이 패널의 기본적인 셀구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 격벽 및 유전체를 채용한 플라즈마 디스플레이 패널을 도시한다.
도 3은 실시예 1의 조성 1에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 4는 실시예 1의 조성 2에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 5는 실시예 1의 조성 3에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 6는 실시예 1의 조성 4에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 7는 실시예 1의 조성 5에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 8은 실시예 1의 MoO3-B2O3-ZnO-Sb2O3계 유리에 대한 광 투과율 그래프를 도시한다.
도 9은 실시예 1의 조성 1 내지 조성 3에 대한 유전상수 데이터를 도시한 그래프이다.
도 10은 실시예 2의 조성 7에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 11은 실시예 2의 조성 8에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
도 12는 실시예 2의 조성 9에 대한 TMA 그래프를 도시한다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
10... 배면 기판 11... 어드레스 전극
12... 배면 유전체층 13... 형광체
14... 전면 기판 15... 유지 전극쌍
16... 전면 유전체층 17... 보호막
19... 격벽 20... 가시광선
본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel: PDP)용 무연 유리 조성물, 이를 이용하여 제조된 PDP용 투명 유전체층과 격벽, 및 이를 채용한 PDP에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저온 소성이 가능하고 열적 특성이 우수한 PDP용 무연 유리 조성물, 이를 이용하여 제조된 PDP용 투명 유전체층과 격벽, 및 이를 채용한 PDP에 관한 것이다.
플라즈마 디스플레이 패널은 화면을 대형화하기가 용이하고, 자발광형으로 표시품질이 좋고, 응답속도가 빠르다는 특징을 가지고 있다. 박형화가 가능하기 때문에 LCD 등과 함께 벽걸이용 디스플레이로서 주목되고 있다.
도 1은 일반적인 플라즈마 디스플레이 패널의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 1을 참조하면, 배면 기판(10) 위에 어드레스 전극(11)이 형성되고, 상기 어드레스 전극(11) 상에 배면 유전체층(12)이 형성된다. 상기 유전체층(12) 상에 형광체(13)이 형성되어 있다. 또한 전면 기판(14) 상에 버스 전극(15)이 형성되고, 상기 버스 전극(15) 상에 전면 유전체층(16)이 형성된다. 상기 전면 유전체층(16) 상에 보호막(17)이 형성된다. 상기의 전면 기판(14)과 배면 기판(10)을 소정 간극을 두고 마주보게 하고, 이 셀 내부에 네온과 크세논의 혼합가스를 주입하여 플라즈마 디스플레이 패널을 형성하였다.
플라즈마 디스플레이 패널의 유전체층 및 격벽 등을 제조하기 위하여 유리 프릿이 사용된다. 이러한 유리 프릿은 SiO2-Al2O3-R2O-R'O계 유리(이하, PD 200라 함)가 주로 사용되었으며, 이는 소다라임(soda-lime) 유리보다 높은 내열성과 우수한 전기 절연성을 갖춘 유리로써 환경에 유해한 원소를 포함하지 않는 유리이다. PD 200의 조성은 소다라임(soda-lime) 유리 조성에서 알칼리 산화물의 함량을 낮추고, BaO, CaO와 같은 알칼리 토류 산화물을 첨가한 것이 특징이다.
그러나 최근 디스플레이 시장은 증가하고, 그에 따라 경쟁이 심화면서 타 디스플레이 장치에 대한 가격 경쟁력을 갖추는 것은 필수 조건이 되었다. PD 200 기판 유리는 소다라임(soda-lime) 유리에 비해 가격이 상대적으로 비싸다. 그러므로 소다라임(soda-lime) 유리를 기판 유리로 선택함으로써 기판 유리의 선택에 있어 경제적 부담을 경감할 수 있다. 그러나 소다라임(soda-lime)을 기판 유리로 사용하였을 경우, PD 200 기판 유리를 사용하였을 경우보다 공정 온도가 낮아야 한다. 그 러므로 낮은 공정 온도에 적합한 투명 유전체 및 격벽 유리 프릿을 개발하는 것은 하나의 중요한 과제가 되었다. 공정 온도가 낮아지면 생산 원가를 크게 절감할 수 있으므로 타 디스플레이 장치에 대해 경제성을 높일 수 있다.
한편 현재의 투명 유전체 및 격벽용 유리 프릿의 상용재료는 모두 납(Pb)을 주성분으로 하는 유리 프릿을 사용하고 있으나, 환경규제로 인해 새로운 무연유리 프릿이 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 PbO를 사용하지 않으면서 비용이 저렴하고, 유리 전이 온도(Tg) 및 열 연화점(Ts)이 낮고 저온 소성이 가능한 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은 무연 유리 조성물을 이용하여 플라즈마 디스플레이 패널용 유전체 및 격벽을 제조하고, 소다라임(soda-lime)을 기판 유리로 사용하였을 경우 이를 채용 가능한 플라즈마 디스플레이 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
MoO3 5 ~ 20 몰%, B2O3 25 ~ 50 몰%, ZnO 20 ~ 45 몰%, 및 Sb2O3 5 ~ 15 몰%를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물을 제공한다.
또한 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
MoO3 5 ~ 20 몰%, B2O3 25 ~ 50 몰%, ZnO 20 ~ 45 몰%, 및 Sb2O3 5 ~ 15 몰%를 포함하는 무연 유리 조성물을 사용하여 제조된 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체 또는 격벽을 제공한다.
또한 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
투명한 전면기판;
상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판;
전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽;
일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들;
상기 발광셀 내에 배치된 형광체층;
상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방 유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
상기 전방유전체층의 하부에 형성되는 보호막; 및
상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널로서, 상기 전방 유전체층 및 후방 유전체층 중에서 선택된 하나 이상의 유전체층은 상기 무연 유리 조성물을 이용하여 제조된 유전체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
또한 상기의 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
투명한 전면기판;
상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판;
전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽;
일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들;
상기 발광셀 내에 배치된 형광체층;
상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방 유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
상기 전방유전체층의 하부에 형성되는 보호막; 및
상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널로서, 격벽은 상기 무연 유리 조성물을 이용하여 제조된 격벽인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
이하, 도시된 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 실질적으로 PbO를 함유하지 않고 MoO3 5 ~ 20 몰%, B2O3 25 ~ 50 몰%, ZnO 20 ~ 45 몰%, 및 Sb2O3 5 ~ 15 몰%을 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물을 제공한다.
유리 조성물에 함유되는 MoO3는 어두운 색을 나타내는 유리 수식제로서 유리 전이 온도(Tg)과 열팽창계수(α)를 낮추는 역할을 한다. 그러나 전체 유리 조성물에 대해 5 ~ 20 몰%, 바람직하게는 10 ~ 15 몰%이다. 5 몰% 미만인 경우에는 하여 유리 전이 온도과 연화점(Ts)이 상승하기 때문에 바람직하지 못하고, 20 몰%를 초 과하는 경우에는 유리가 형성되지 않기 때문에 바람직하지 않다.
B2O3는 유리 형성제로 작용하며 유리 전이 온도(Tg)과 열팽창계수(α)를 낮추는 역할을 한다. B2O3의 함량은 25 ~ 50 몰%, 바람직하게는 30 ~ 45 몰%이다. B2O3의 함량이 25 몰% 미만인 경우에는 유리 형성이 힘들고, 50 몰%를 초과하는 경우에는 기계적 강도와 고온에서의 점도가 떨어질 수 있으므로 바람직하지 못하다.
ZnO는 유리 수식제로서 유리 조성물의 열팽창계수(α)를 감소시키고, 화학적 내구성과 내수성을 향상시켜 준다. ZnO의 함량은 20 ~ 45 몰%, 바람직하게는 25 ~ 40 몰%이다. ZnO의 함량이 20 몰% 미만인 경우에는 내수성 향상 효과가 미미하고, 45 몰%를 초과하는 경우에는 유리 전이 온도(Tg)이 높아지므로 바람직하지 못하다.
Sb2O3는 유리 형성제로서 작용하며 PbO를 대신하여 유리 전이 온도(Tg)과 연화점(Ts)을 낮추는데 필수적인 물질이다. Sb2O3의 함량은 5 ~ 20 몰%, 바람직하게는 10 ~ 15 몰%이다. Sb2O3의 함량이 5 몰% 미만인 경우에는 유리 전이 온도(Tg)이 높아지고, 20 몰%를 초과하는 경우에는 유전상수(ε)와 열팽창계수(α)가 크게 상승하므로 바람직하지 못하다.
한편, 기존 투명 유전체 및 격벽용 유리 프릿의 상용재료는 모두 납(Pb)을 주성분으로 하는 유리 프릿을 사용하고 있었으며, Bi2O3, BaO-ZnO, 및 P2O5를 함유한 유리 프릿이 개발된 바 있다. 그러나 상기 각 성분은 다음과 같은 단점이 존재한다.
Bi2O3 함유조성의 경우 PbO를 대신할 수 있는 필수 조성으로 작용하여 유리 전이 온도 저하에 효과를 보이고 있으나, Bi가 중금속이므로 함량이 최소화되어야 하며, 공정시 사용되는 백금도가니와 반응하는 문제가 있다. 그리고 비용적 측면에서 PbO보다 상대적으로 비싸다는 단점이 있다.
BaO-ZnO계 함유조성의 경우 현 공정에 적용 가능하다는 장점이 있으나, 유리 전이 온도(Tg)과 연화점(Ts)이 높기 때문에 저온 소성용 조성 개발에는 어려움이 있다.
P2O5 함유조성의 경우 친환경 재료로써 PbO계와 비슷한 거동을 보여 저온에서 소성 가능하다는 장점이 있으나, 다량 첨가시 내수성이 약화되고, 유리 조성 선택에 제한이 있다는 단점이 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 투명 유전체 및/또는 격벽용 저온 소성 유리 프릿은 열 연화점(Ts)이 520℃ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 510℃이하이다. 저온 소성 유리 프릿의 연화점(Ts)이 520℃를 초과하는 경우에는 소다라임 유리의 왜점(Strain Point)인 511℃에서 크게 초과하므로 패널 제작 공정 중 소다라임 기판 유리의 열 변형을 일으킬 수 있어 바람직하지 못하다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 투명 유전체 및/또는 격벽용 저온 소성 유리 프릿은 열팽창계수가 80 ~ 90 x 10-7/℃인 것이 바람직하다. 저온 소성 유리 프릿의 열팽창계수가 80 ~ 90 x 10-7/℃의 범위를 벗어나는 경우에는 기판 유리와의 열팽창 계수(α)차이로 인한 패널의 뒤틀림 또는 휨 현상이 발생하여 바람직하지 못하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 투명 유전체 및 격벽의 유전상수는 13KHz 이하, 바람직하게는 12KHz 이하이다. 상기 유전상수가 13KHz를 초과하는 경우에는 소비 전력이 크게 상승하여 바람직하지 못하다. 또한 광 투과율은 80% 이상인 것이 바람직하다. 광 투과율이 80% 미만인 경우에는 플라즈마 디스플레이 패널의 효율이 떨어지므로 바람직하지 못하다.
본 발명의 유리 프릿은 PbO를 함유하지 않으며, 기존의 플라즈마 디스플레이 패널의 기판 유리인 PD 200을 소다라임 유리로 교체했을 때에 적용할 수 있다.
본 발명은 반사율 특성 및 기계적 강도를 더욱 개선하기 위하여 세라믹 필러를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 세라믹 필러의 종류는 코디어라이트, TiO2, 또는 Al2O3이다. 세라믹 필러의 함량은 조성물 총함량을 기준으로 하여 1 내지 15 중량%인 것이 바람직하다. 세라믹 필러의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 필러 첨가의 효과가 미미하여 바람직하지 못하고, 15 중량%를 초과하는 경우에는 유리 전이 온도과 연화점을 크게 상승시키므로 바람직하지 못하다.
본 발명에 따른 PDP용 유전체 및/또는 격벽 형성용 유리 분말을 제조하기 위한 공정은 다음과 같다. MoO3, B2O3, ZnO, 및 Sb2O3을 포함하는 무연 유리 조성물을 백금 도가니에 넣고, 1200 내지 1300℃의 온도에서 용융하고, 용융액을 급냉하여 유리 플레이크를 얻는다. 이어서, 상기 유리 플레이크를 건식 및 습식 방법으로 분쇄하여 유리 미분말을 얻는다. 습식 분쇄는 3㎛ 이하의 미분말을 얻기 위해서 물 또는 알코올을 분산매로 분쇄하는 것이다.
본 발명은 투명한 전면기판; 상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판; 전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽; 일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들; 상기 발광셀 내에 배치된 형광체층; 상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방 유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들; 상기 전방유전체층의 하부에 형성되는 보호막 및 상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널로서, 상기 전방 유전체층 및 후방 유전체층 중에서 선택된 하나 이상의 유전체층이 상기 무연 유리 조성물을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다. 또한 상기 격벽이 상기 무연 유리 조성물을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널을 제공한다.
본 발명에 따른 PDP 격벽은 상기 무연 유리 분말을 바인더 및 유기용매와 함께 혼합하여 PDP 격벽 제조용 페이스트 형태로 제조될 수 있으며, 필요에 따라 이때 상기 필러 및 기타 첨가물이 함께 혼합될 수 있다.
바인더로는 다양한 종류의 수지(resin)가 사용 가능한데, 열분해 특성 및 가격을 고려할 때 아크릴계 수지와 셀룰로오스계 수지가 가장 적합하다. 단, 아크릴계 수지는 카르복실기를 포함하고 있으면 아니되며, 또한 셀룰로오스계 수지는 단독으로 사용할 수 없다. 이것은 카르복실기를 함유한 아크릴계 수지 또는 셀룰로오스계 수지를 단독으로 사용한 경우에는 다음 공정인 격벽 형성 공정의 현상 공정 에서 소성 전인 유전체층이 현상액인 알카리 현상액에 녹아 손상될 수 있기 때문이다.
사용 가능한 아크릴계 수지로는 알킬메타크릴레이트의 공중합체가 주로 이용되는데, 예를 들면 폴리(메틸메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(메틸메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트-코-스티렌), 폴리(에틸메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(에틸메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트-코-스티렌), 폴리(프로필메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(프로필메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트-코-스티렌), 폴리(n-부틸메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(n-부틸메타크릴레이트-코-히드록시에틸메타크릴레이트-코-스티렌) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 아크릴계 공중합체를 단독으로 사용할 수도 있으나, 레벨링 향상, 증점 효과, 및 요변성 향상 등의 목적으로 셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 메틸에틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 프로필셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 히드록시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수도 있다.
용매는 특별히 제한되지 않으며, 단지, 바인더 및 개시제를 녹일 수 있고, 가교제 및 기타 첨가제와 잘 섞이면서 끓는점이 150℃ 이상이면 무방하다. 끓는점이 150℃ 미만이 되면 페이스트 제조 과정, 특히 3-롤 밀 공정에서 휘발되어 날아가는 경향이 크므로 문제가 되며, 또한 인쇄시 용매가 너무 빨리 휘발되어 인쇄 상 태가 좋지 않은 결과를 초래할 수도 있기 때문이다. 상기 조건을 만족하는 바람직한 용매로는, 에틸카비톨, 부틸카비톨, 에틸카비톨 아세테이트, 부틸카비톨 아세테이트, 텍사놀, 테르핀유, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 디프로필렌글리콜 에틸에테르, 디프로필렌글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, γ-부티로락톤, 셀로솔브 아세테이트, 부틸셀로솔브 아세테이트, 트리프로필렌 글리콜 등이 있다. 이들 용매는 단독으로 사용하거나 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한 각종 첨가제를 더 포함할 수도 있으며, 이러한 첨가제로는, 페이스트의 겔화를 방지하는 저장안정제, 페이스트 내의 기포를 줄여 주는 소포제, 분산성을 향상시켜 주는 분산제, 인쇄시 막의 평탄성을 향상시키는 레벨링제, 요변성을 주는 요변제 등이 있다. 이들 첨가제는 반드시 사용되어지는 것은 아니고 필요에 따라 사용되지만, 소성시 수축율에 불리한 영향을 주므로 사용하지 않는 것이 좋고, 부득이 사용하게 되면 최소량을 사용하는 것이 바람직하다.
유리 분말의 함량은 유전체 페이스트 중 60 내지 80 중량%인 것이 바람직한데, 이는 유리 분말의 함량이 60 중량% 미만이면 소성시 수축율이 심해져서 균열 등이 발생하고, 80 중량%를 초과하면 인쇄성이 떨어지는 문제점이 발생하기 때문이다.
본 발명에 따른 PDP 유전체층은 미리 형성된 어드레스 전극 위에 유전체 페이스트를 스크린 인쇄법이나 테이블 코터 (table coater) 등으로 도포하고, 열풍 건조기나 IR 건조기를 이용하여 80 내지 120℃에서 5 내지 30 분간 건조한 다음, 소성로에서 500 내지 600℃로 10 내지 30 분간 소성하여 유전체층을 형성할 수 있 다.
본 발명에 따른 PDP 격벽은 무연 유리 페이스트를 제조하고, 페이스트를 어드레스 전극과 유전체층이 형성된 PDP 후면 유리기판에 테이블 코터 등으로 도포하고, 열풍 건조기나 IR 건조기를 이용하여 80 내지 120℃에서 5 내지 30 분간 건조한 다음 포토마스크가 부착된 자외선 노광 장치를 이용하여 노광한다. 이어서 알칼리 현상액으로 비 노광부를 현상하여 패턴된 막을 형성하고 소성로에서 500 내지 600℃로 10 내지 30 분간 소성하여 격벽을 형성한다.
PDP용 유전체층 및 격벽을 제조하는 방법은 다양할 수 있으며, 본 발명이 상기 설명한 제조법에 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일구현예에 따른 플라즈마 디스플레이 패널(200)의 구체적인 구조를 도시한다. 상기 전방패널(210)은 전면기판(211), 상기 전면기판의 배면(211a)에 형성된 Y전극(212)과 X전극(213)을 구비한 유지전극쌍(214)들, 상기 유지전극쌍들을 덮는 전방유전체층(215) 및 상기 전방유전체층을 덮는 보호막(216)을 구비한다. 상기 Y전극(212)과 X전극(213) 각각은 ITO 등으로 형성된 투명전극(212b, 213b)과 도전성이 우수한 금속으로 형성된 버스전극(212a, 213B)을 구비한다.
상기 후방패널(220)은 배면기판(221), 배면기판의 전면(221a)에 상기 유지전극쌍과 교차하도록 형성된 어드레스전극(222)들, 상기 어드레스전극들을 덮는 후방유전체층(223), 상기 후방유전체층 상에 형성되어 발광셀(226)들을 구획하는 격벽(224), 및 상기 발광셀 내에 배치된 형광체층(225)을 구비한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하게 나타내기 위한 목적으로 기재되었을 뿐 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
비교예 1
PD 200 소다라임 유리 (soda-lime glass)
조성 0.58SiO2-0.22RO-0.1R2O 0.725SiO2-0.12RO-0.135R2O
열팽창계수(10-7/℃) 83 87
연화점(softening point) (Ts) 830℃ 735℃
왜점(strain point) 569℃ 511℃
유리 전이 온도 (Tg) 620~630℃ 554℃
표 1은 현재 기판 유리로 사용중인 PD 200과 소다라임 유리의 열 특성을, 표 2는 현재 사용중인 투명 유전체층 용 유리 프릿의 조성과 열 특성을 나타낸 도표이다. 표 1로부터 PD 200 유리는 소다라임 유리보다 좀 더 높은 왜점과 연화점을 나타내고 있다. 그리고 하기 표 2에 나타낸 데이터로부터, 기판 유리를 PD 200에서 소다라임 유리로 대체하여 통상 사용되는 투명 유전체층의 유리 프릿을 사용할 경우, PbO를 포함함으로 인해 환경에 유해하며 형성된 유리의 열 연화점(Ts)이 소다라임 유리의 왜점(strain point) 511℃를 초과한다. 이와 같이 기판 유리를 PD 200에서 소다라임 유리로 대체한 경우, 사용 가능하며 기존의 재료보다 더 낮은 열 특성을 보이는 투명 유전체 재료와 격벽 재료가 필요함을 알 수 있다.
SiO2 Al2O3 B2O3 ZnO PbO 열팽창계수 (α) Tg Ts 유전 상수 (ε)
하층 28.4 18 68.9 74 ×10-7/K 451 ℃ 576℃ 11.4KHz
상층 8.0 0.6 16.2 7.5 67.7 87 ×10-7/K 408 ℃ 471℃ 13.7KHz
실시예 1
조성 (몰 %)
MoO3 B2O3 ZnO Sb2O3
조성 1 15 30 40 15
조성 2 15 35 35 15
조성 3 15 45 25 15
조성 4 12 43 30 15
조성 5 15 43 30 12
표 3에 나타낸 각각의 조성을 볼 밀로 혼합한 다음 백금 도가니에 넣고 1200℃ ~ 1300℃까지 승온 후 30분 ~ 1시간 동안 용융시켰다. 용융된 유리 조성물은 건식, 롤러 급냉법으로 급냉하여 유리 플레이크를 얻었다. 그 후 유리 플레이크를 습식 분쇄기로 평균 입도가 3㎛ 이하인 유리 분말을 제조하였다. 상기 제조된 유리 분말을 포함하는 조성물을 이용하여 형성된 유전체 층으로부터 유리 전이 온도(Tg), TMA 연화점(Tdsp), 열팽창계수(α), 유전상수(ε) 및 광 투과율을 측정하였다.
특성 평가 방법 및 결과
유리 전이 온도( Tg )의 측정
기준 시료는 α-Al2O3를 사용하였다. 기준 시료와 표 3의 조성을 각각 2mg 알루미늄 셀에 넣고 압축 실링하였다. 그리고 질소 가스 20Pa 분위기에서 DSC(Differential Scanning Calorimeter)를 이용하여 승온 속도를 10℃/min으로 하여 상온에서 500℃까지 측정하였다.
TMA 연화점( T dsp )과 열팽창계수( Coefficient of Thermal Expansion : α)의 측정
TMA 연화점(Tdsp)은, 측정 대상물을 일정한 승온 속도로, 일정의 하중을 걸면서 승온하고, 대상물의 위상을 관측함으로써 구한다. 본 명세서에 있어서는, 측정 대상물의 위상이 변화되기 시작하는 온도를 TMA 연화점이라 정의한다.
표 3의 유리 조성을 분말을 몰드에 넣어 압축 성형 후 480℃ 또는 500℃에서 20 ~ 30분 동안 소성하였다. 그 후 소성체를 3mm × 3mm × 10mm로 성형 후 연마하고, TMA(Thermo Mechanical analyzer)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 상온에서 500℃까지 측정하였다.
유전 상수(ε)의 측정
표 3의 유리 조성을 분말을 몰드에 넣어 압축 성형 후 480℃ ~ 500℃에서 20 ~ 30분 동안 소성하였다. 그 후 소성체를 7mm × 7mm × 5mm 로 성형 후 연마하였다. 그 후 Ag 페이스트를 이용하여 시편 양면에 전극처리 한 후 100℃에서 10시간 열처리 하였으며, 임피던스 분석기(impendence analyzer)를 이용하여 0~ 100kHz 구간에서 유전상수를 측정하였고, 50KHz에서의 유전상수 값을 취하였다.
광 투과율의 측정
표 3의 조성을 볼 밀로 혼합한 다음 백금 도가니에 넣고 1200℃ ~ 1300℃까지 승온 후 30분 ~ 1시간 동안 용융시켰다. 그리고 그 용융물을 지름 1cm의 원형 몰드에 부은 후 유리 전이 온도에서 3시간 어닐링시켰다. 그리고 시편 크기를 7mm × 7mm × 0.2mm 로 성형 후 자외선-가시광선-근적외선 분광광도계(UV-Visible-NIR Spectrometer)를 이용하여 300nm ~ 800nm 구간의 흡수율을 측정하였다. 그리고 흡수 계수를 구하여 30㎛ 두께의 투과율 데이터로 변환한 값을 취하였다.
Tg(℃) Tdsp(℃) 열팽창계수, α (10-7/℃) 연화점, Ts (℃) 유전 상수, ε (KHz) 광 투과율
조성1 395 449 85.5 510 12.7 85%
조성2 384 444 86.7 500 12.2 85%
조성3 364 431 87.5 480 10.0 85%
조성4 385 449 86.2 510 10.6 85%
조성5 384 453 84.5 520 11.3 85%
표 3의 조성 1을 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 4에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 395℃, TMA 연화점(Tdsp)은 449℃, 열팽창계수(α)는 85.5×10-7/℃, 유전상수(ε)는 12.7이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 1에 대한 TMA 그래프를 도 3에 도시하였다.
표 3의 조성 2를 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 4에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 384℃, TMA 연화점(Tdsp)은 449℃, 열팽창계수(α)는 86.7 ×10-7/℃, 유전상수(ε)는 12.2이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 2에 대한 TMA 그래프를 도 4에 도시하였다.
표 3의 조성 3을 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 4에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 364℃, TMA 연화점(Tdsp)은 431℃, 열팽창계수(α)는 87.5 × 10-7/℃), 유전상수(ε)는 10.0이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 3에 대한 TMA그래프를 도5에 도시하였다.
표 3의 조성 4를 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 4에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 385℃, TMA 연화점(Tdsp)은 449℃, 열팽창계수(α)는 86.2x10-7/℃, 유전상수(ε)는 10.6이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 4에 대한 TMA그래프를 도 6에 도시하였다.
표 3의 조성 5를 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 4에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 384℃, TMA 연화점(Tdsp)은 453℃, 열팽창계수(α)는 84.5 × 10-7/℃, 유전상수(ε)는 11.3이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 5에 대한 TMA그래프를 도 7에 도시하였다.
또한 표 3의 모든 조성들은 550nm에서 85%의 광 투과율을 보였다. 여기서 광 투과율 데이터의 결과를 보다 명확하게 하기 위하여 MoO3-B2O3-ZnO-Sb2O3계 유리의 광 투과율 데이터를 도 8에 도시하였다. 그리고 표 3의 조성 1 내지 5의 유전상수 데이터를 도 9에 도시하였다.
본 발명에 따른 실시예 1에서의 표 3의 조성물은 유리 전이 온도(Tg) 400℃이하, TMA 연화점(Tdsp)은 470℃이하, 520℃이하에서 소성이 가능하며, 열팽창계수(α)는 80~90 × 10-7/℃의 값을 갖는 것을 알 수 있다. 또한 유전상수는 13KHz이하, 광 투과율은 80% 이상으로 기판 유리를 기존의 PD 200에서 소다라임 유리로 교체 했을 경우, 상판 유전체 유리 프릿 조성물로 채용할 수 있다. 그리고 PbO를 함유하지 않으므로 환경에 무해하다.
실시예 1은 열 연화점(Ts) 및 열팽창계수(α)가 본 발명의 범위에 해당된다. 반면 비교예 1은 유리 전이 온도 및 열 연화점이 높거나, PbO를 함유하고 있어서 기존의 플라즈마 디스플레이 패널의 기판 유리인 PD 200을 소다라임 유리로 교체했을시 채용이 어려움을 알 수 있다.
비교예 2
실시예 2에 앞서 하기 표 5의 조성 6을 볼 밀로 혼합한 다음 백금 도가니에 넣고 1200℃ ~ 1300℃까지 승온 후 30분 ~ 1시간 동안 용융시켰다. 용융된 유리 조성물은 건식, 롤러 급냉법으로 급냉하여 유리 플레이크를 얻었다. 그 후 유리 플레이크를 습식 분쇄기로 평균 입도가 3㎛ 이하인 유리 분말을 제조하였다. 상기 제조된 유리 분말을 포함하는 조성물을 이용하여 형성된 유전체 층으로부터 유리 전이 온도(Tg), TMA 연화점(Tdsp) 및 열팽창계수(α)를 측정하였다.
조성(몰%) Tg(℃) Tdsp(℃) 열팽창계수, α (10-7/℃) 연화점, Ts (℃)
조성 6 15 MoO3 - 40B2O3 -30ZnO -15Sb2O3 375 438 92.13 500
표 5에서 알 수 있듯이 조성 6은 열팽창계수가 92.13 × 10-7/℃로 90 × 10-7/℃를 초과하므로 기판 유리의 변형을 일으킬 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 서는 이러한 약점을 보완할 뿐만 아니라 기계적 강도 향상과 반사율 향상을 위해 조성 6에 코디에라이트 또는 TiO2를 필러로서 더 첨가한다.
실시예 2
하기 표 6의 조성물을 볼 밀로 혼합한 다음, 습식 분쇄기로 평균 입도가 3㎛ 이하인 유리 분말을 제조하였다. 상기 제조된 유리 분말을 포함하는 조성물을 이용하여 유리 전이 온도(Tg), TMA 연화점(Tdsp), 열팽창계수(α), 및 유전상수(ε)를 측정하였다.
유리 함량 (중량 %) 필러 함량 (중량 %)
조성 7 조성 6 (95%) 코디에라이트 (5%)
조성 8 조성 6 (95%) TiO2 (5%)
조성 9 조성 6 (90%) TiO2 (10%)
특성평가방법 및 결과
유리 전이 온도( Tg )의 측정
기준 시료는 α-Al2O3를 사용하였다. 기준 시료와 표 6의 조성을 각각 2mg 알루미늄 셀에 넣고 압축 실링하였다. 그리고 질소 가스 20Pa 분위기에서 DSC(Differential Scanning Calorimeter)를 이용하여 승온 속도를 10℃/min으로 하여 상온에서 500℃까지 측정하였다.
TMA 연화점( T dsp )과 열팽창계수( Coefficient of Thermal Expansion :α)의 측정
표6의 유리 조성을 분말을 몰드에 넣어 압축 성형 후 500℃에서 소성하였다. 그 후 소성체를 3mm × 3mm × 10mm로 성형 후 연마하고, TMA(thermo mechanical analyzer)를 이용하여 10℃/min의 승온 속도로 상온에서 500℃까지 측정하였다.
유전 상수(ε)의 측정
시편 크기를 7mm × 7mm × 5mm 로 성형 후 연마하였다. 그 후 Ag 페이스트를 이용하여 시편 양면에 전극처리 한 후 100℃에서 10시간 열처리하였으며, ㅇ임피던스 분석기(impendence analyzer)를 이용하여 0 ~ 100kHz 구간에서 유전상수를 측정하였고, 50KHz에서의 유전상수 값을 취하였다
Tg (℃) Tdsp (℃) 열팽창계수, α (10-7/℃) 연화점, Ts (℃) 유전 상수,ε (KHz)
조성 7 375 443 80.04
조성 8 375 443 88.18 500 11.2
조성 9 380 444 86.60 500
표 6의 조성 7을 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 7에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 375℃, TMA 연화점(Tdsp)은 443℃, 열팽창계수(α)는 82.04 × 10-7/℃이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 7에 대한 TMA 그래프를 도 10에 도시하였다.
표 6의 조성 8을 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 7에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 375℃, TMA 연화점(Tdsp)는 443℃, 열팽창계수(α)는 88.18 × 10-7/℃이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 8에 대한 TMA 그래프를 도 11에, 유전상수 그래프를 도 12에 도시하였다.
표 6의 조성 9를 잘 섞은 후 전술한 바와 같은 방법으로 측정한 유리 분말의 특성은 표 7에서 보는 바와 같이 유리 전이 온도(Tg)은 380℃, TMA 연화점(Tdsp)는 444℃, 열팽창계수(α)는 86.6 × 10-7/℃이다. 결과를 더욱 명확하게 나타내기 위해서 조성 9에 대한 TMA 그래프를 도 13에 도시하였다.
본 발명에 따른 실시예 2에서의 표6의 조성물은 유리 전이 온도(Tg)가 400℃이하, TMA 연화점(Tdsp)이 470℃이하, 그리고 열 연화점(Ts)이 520℃ 이하이므로 저온에서 소성이 가능하며, 열팽창계수(α)는 80~90 × 10-7/℃, 유전상수는 12KHz이하의 값을 갖는다. 조성 7의 경우 코디에라이트를 첨가하여 기계적 강도의 향상을 기대할 수 있으므로 기존의 플라즈마 디스플레이 패널의 기판 유리인 PD 200을 소다라임 유리로 교체하는 경우 격벽 조성물로 채용할 수 있다. 또한 조성 8과 조성 9의 경우에는 TiO2를 첨가하여 반사율 향상을 기대할 수 있어 기존의 플라즈마 디스플레이 패널의 기판 유리인 PD 200을 소다라임 유리로 교체한 경우에 격벽 조성물로 채용할 수 있다. 또한 이러한 조성물은 PbO를 함유하지 않으므로 환경에 무해하다.
실시예 2는 열연화온도(Ts) 및 열팽창계수(α)가 본 발명의 범위에 해당된다. 반면 비교예 1은 유리 전이 온도 및 열 연화점이 높거나, PbO를 함유하고 있어서 기존의 플라즈마 디스플레이 패널의 기판 유리인 PD 200을 소다라임 유리로 교체한 경우 그 채용이 어려움을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 환경 규제 물질인 PbO를 사용하지 않고 친환경적인 PDP용 유전체 및 격벽을 제공한다. 종래의 PDP용 투명 유전체 및 격벽 유리 조성물보다 저온에서 소성할 수 있으며, 열적 특성이 소다-라임(soda-lime) 유리와 유사하여 비용면에서도 매우 유리하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 도시된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (15)

  1. MoO3 5 내지 20 몰%, B2O3 25 내지 50 몰%, ZnO 20 내지 45 몰%, 및 Sb2O3 5 내지 15 몰%를 포함하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 유리 전이 온도(Tg)가 350 내지 410℃인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 세라믹 필러를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 세라믹 필러의 함량은 조성물 총함량을 기준으로 하여 1 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 세라믹 필러는 코디어라이트, TiO2, 및 Al2O3 중에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널용 무연 유리 조성물.
  6. MoO3 5 내지 20 몰%, B2O3 25 내지 50 몰%, ZnO 20 내지 45 몰%, 및 Sb2O3 5 내지 15 몰%를 포함하는 무연 유리 조성물을 사용하여 제조된 플라즈마 디스플레이 패널의 투명 유전체.
  7. 제6항에 있어서, TMA 연화점(Tdsp)이 420℃ 내지 470℃, 열 연화점(Ts)이 520℃ 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체.
  8. 제6항에 있어서, 열팽창계수(α)는 80 × 10-7/℃ 내지 90 × 10-7/℃ 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체.
  9. 제6항에 있어서, 유전상수(ε)가 12KHz 이하이고, 광 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 유전체.
  10. MoO3 5 내지 20 몰%, B2O3 25 내지 50 몰%, ZnO 20 내지 45 몰%, 및 Sb2O3 5 내지 15 몰%를 포함하는 무연 유리 조성물을 사용하여 제조된 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽.
  11. 제10항에 있어서, TMA 연화점(Tdsp)이 420℃ 내지 470℃, 열 연화점이 520℃ 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽.
  12. 제10항에 있어서, 열팽창계수는 80 × 10-7/℃ 내지 90 × 10-7/℃ 인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽.
  13. 제10항에 있어서, 유전상수가 12KHz 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널의 격벽.
  14. 투명한 전면기판;
    상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판;
    전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽;
    일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들;
    상기 발광셀 내에 배치된 형광체층;
    상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방 유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
    상기 전방유전체층의 하부에 형성되는 보호막 및
    상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널로서, 상기 전방 유전체층 및 후방 유전체층 중에서 선택된 하나 이상의 유전체층은 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 유전체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
  15. 투명한 전면기판;
    상기 전면기판에 대해 평행하게 배치된 배면기판;
    전면기판과 배면기판 사이에 배치되어 발광셀들을 구획하는 격벽;
    일 방향으로 배치된 발광셀들에 걸쳐서 연장되며 후방 유전체층에 의하여 매입된 어드레스전극들;
    상기 발광셀 내에 배치된 형광체층;
    상기 어드레스전극이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 전방 유전체층에 의하여 매립된 유지전극쌍들;
    상기 전방유전체층의 하부에 형성되는 보호막 및
    상기 발광셀 내에 있는 방전가스;를 구비하는 플라즈마 디스플레이 패널로서, 상기 격벽은 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 격벽인 것을 특징으로 하는 플라즈마 디스플레이 패널.
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